Электрический нагреватель (варианты)

Изобретение относится к электротехнике, к электронагревателям, которые могут быть использованы для обогрева воздуха, жидких и сыпучих сред, жилых, административных помещений, спортивных сооружений, ферм, оборудования, пресс-форм, сушки материалов. Обеспечивает температуру равномерного нагрева различных сред в широком диапазоне температур, до 1500°С, с высокими экологическими показателями. Технический результат достигается за счет того, что электрический нагреватель, содержащий нагревательный элемент из волокнистого резистивного материала и электрически связанного с токоподводами, выполнен в виде объемной сотовой конструкции, полученной методом формования нагревательного элемента с токоподводами в электроизоляции, прессованием в пресс-форме с закладными элементами, при этом токоподводы выполнены в виде двух металлических полос, наложенных друг на друга и соединенных между собой и с волокнистыми резистивными нагревательными элементами, расположенными между ними, точечной или точечной и дополнительно роликовой сваркой. Электрический нагреватель также может иметь объемную каркасную конструкцию из электроизоляционного материала, выполненную из прямоугольных рамок, установленных в виде вертикальных, центральных сечений цилиндра с установленными в ней нагревательными элементами с токоподводами, путем закрепления токоподводов на каркасе. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, гибким и жестким электронагревателям, которые могут быть использованы для обогрева воздуха, жидких и сыпучих сред, жилых, административных помещений, спортивных сооружений, скотоводческих ферм, оборудования, пресс-форм, сушки материалов.

Известен гибкий электронагреватель, патент РФ на изобретение №2213432, МКИ Н 05 В 3/34, опубл. 27.09.2003 г., состоящий из двух слоев электроизоляционного основания, соединенных клеем с размещенным между ними токопроводящим резистивным слоем, выполненным из углеродных жгутов или нитей и электрически связанных с ними токоподводов, каждый из которых выполнен из двух металлических полос, соединенных между собой и с угольными нитями жгутами точечной сваркой. Недостатками данного электронагревателя является то, что он обеспечивает недостаточно равномерное энерговыделение (температуру) по поверхности, имеет невысокую температуру поверхности, до 300°С, невозможно изготовление мощного электронагревателя при его небольших размерах.

Известен электрический нагреватель-конвектор, патент РФ №2074523, МКИ Н 05 В 3/30, опубл. 27.02.97, который содержит корпус, внутри которого с зазором установлен каркас с нагревательным элементом из углеродной ленты. Углеродная лента уложена изолированно от каркаса с заданным шагом и зафиксирована скрепляющей лентой из стекловолокна, переплетенной с ней, а токоподводы выполнены из фольги.

Использование углеродной ленты в качестве нагревательного элемента позволяет снизить удельную тепловую нагрузку, поэтому не происходит поглощения кислорода обогреваемой воздушной среды, однако температура на поверхности такого обогревателя не превышает 120-160°С, он не имеет надежного контакта углеродной ленты с токоподводами в виде фольги, свернутой вместе с концом ленты, и может быть использован только для обогрева помещений.

Известен принятый за прототип электрический нагреватель, европейский патент ЕР №1528837, опубл. 17.09.2004. Нагревательный элемент представляет собой варианты структуры из электропроводящей пластмассы с эффектом изменения сопротивления в зависимости от температуры - саморегуляцией. Структура нагревателя содержит каналы для прохождения флюида, в частности воздуха, и выполнена в виде сот, пены или длинномерной пленки, свернутой гофрами или спиралью. Каждый вариант снабжен различными средствами электрического контакта в виде проводов или наклеенной или напыленной металлической пленки. Если стенки каналов содержат активированный уголь, нагреватель одновременно может служить фильтром.

Такой нагреватель имеет температуру 100°С и предназначен только для целей обогрева и фильтрации воздуха салона автомобиля.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно создание небольших по размерам, объемных, мощных, негорючих, надежных, прочных электронагревателей, не требующих для изготовления сложного оборудования, обеспечивающих равномерный нагрев различных сред в широком диапазоне температур, до 1500°С с высокими экологическими показателями.

Поставленная задача с достижением технического результата решается за счет того, что электрический нагреватель в виде объемной сотовой конструкции с токоподводами содержит нагревательный элемент из волокнистого резистивного материала в виде ленты, а объемную сотовую конструкцию получают прессованием указанной ленты с токоподводами в электроизоляции, помещенной в пресс-форму, переложенной закладными элементами и пропитанной связующим веществом, при этом каждый токоподвод выполнен в виде двух металлических полос, наложенных друг на друга, соединенных между собой и с волокнистым резистивным материалом, расположенным между ними;

поставленная задача с достижением технического результата решается также за счет того, что электрический нагреватель, в виде объемной каркасной конструкции, содержит нагревательный элемент из волокнистого резистивного материала, а каждый токоподвод выполнен в виде двух металлических полос, наложенных друг на друга и соединенных между собой и с волокнистым резистивным материалом, расположенным между ними, при этом каждый нагревательный элемент посредством токоподводов закреплен в объемной каркасной конструкции из электроизоляционного материала, а каркасная конструкция выполнена из прямоугольных рамок, установленных в виде вертикальных, центральных сечений цилиндра;

а также за счет того, что:

металлические полосы токоподвода и резистивный материал соединены между собой точечной и/или роликовой сваркой;

нагревательные элементы с токоподводами установлены в радиальных направлениях оснований цилиндра;

токоподводы сформованы в виде колец и образуют нагревательный элемент цилиндрической формы, которые могут быть выполнены разного диаметра и установлены один внутри другого;

в качестве волокнистых резистивных материалов используют угольные нити, жгуты, ленту, ткань, металлическую проволоку, а нагревательный элемент с токоподводами дополнительно покрыт одно- или многослойной электроизоляцией.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг.1 - волокнистый резистивный материал в виде ленты.

Фиг.2 - разрез по А-А волокнистого резистивного материала в виде ленты.

Фиг.3 - схема склейки слоев из лент для получения сотовой структуры.

Фиг.4 - нагревательный элемент с токоподводами в виде сотовой конструкции в пресс-форме.

Фиг.5 - резистивный нагревательный элемент с токоподводами.

Фиг.6 - разрез по А-А волокнистого резистивного материала в изоляции.

Фиг.7 - разрез по В-В крепления волокнистого резистивного материала к токоподводу.

Фиг.8 - схема расположения резистивных элементов в объемном каркасе прямоугольной формы.

Фиг.9 - схема расположения резистивных элементов в объемном каркасе цилиндрической формы.

Фиг.10 - схема расположения цилиндрических резистивных элементов в рамочном каркасе.

Сформовать объемную сотовую конструкцию электронагревателя можно известным способом, а именно предварительно изготавливают нагревательный элемент с токоподводами, выбирая тип волокнистого резистивного материала, в зависимости от требуемой мощности, питающего напряжения и требуемых размеров, например угольную ленту по патенту №2212432, затем располагают между двух электроизоляционных слоев резистивный слой, и склеивают слои между собой с помощью клея, Фиг.1, Фиг.2, где резистивная лента 1 в электроизоляции, металлические токоподводы 2, резистивное волокно 3, электроизоляционные слои 4. На изготовленную резистивную ленту 1 определенной длины с токоподводами 2, установленными в расчетных требуемых местах, наносят клеевые полосы с промежутками. Фиг.3, где 5 - клеевые полосы; накладывают ленты друг на друга слоями так, чтобы полоски клея предыдущего слоя не совпадали с полосками клея последующего, и склеивают все слои между собой, а затем растягивают их до придания требуемого сотового контура.

Электронагреватель в виде объемной сотовой конструкции по предложенному техническому решению изготавливают следующим образом, Фиг.4. Резистивную ленту, изготовленную по патенту №2212432, определенной длины с токоподводами 2, установленными в расчетных требуемых местах, наносят электроизоляционные слои, помещают в пресс-форму 6, перекладывая закладными элементами 7, пропитывают связующим, например эпоксидной смолой марки ЭД-20 холодного отверждения с отвердителем - полиэтиленполиамином в весовом соотношении смола-отвердитель: 10:1, и прессуют в течение 30-60 мин под давлением 1 атм при комнатной температуре. Затем к токоподводам подсоединяют выходные электрические провода.

За счет расположения нескольких токоподводов в расчетных требуемых местах, которые могут быть соединены по различным электрическим схемам, последовательно, параллельно и т.п., происходит изменение мощности нагревателя.

Обдувая воздухом с помощью вентилятора сотовый объемный электронагреватель, можно получить компактный надежный недорогой бытовой электронагреватель, который не сжигает пыль и не создает посторонних запахов.

Изготовление электронагревателя объемной рамочной каркасной конструкции начинают также с изготовления резистивного элемента, производят необходимый расчет, выбирают тип волокнистого материала, раскладывают его с расчетным интервалом, Фиг.5, 6, 7, концы резистивных волокон-нитей 3 размещают между парой наложенных друг на друга полос токоподводов 2 и соединяют их между собой точечной 8 и дополнительно роликовой 9 сваркой, если необходимо, наносят электроизоляционные слои 10, например, методом окунания нагревательного элемента в термостойкое связующее: кремнеорганическое, фторэластомер или др. Далее крепят нагревательный элемент на объемном рамочном каркасе Фиг.8 и Фиг.9, где 11 - каркас из электроизоляционного материала, вставляя токоподводы 2 резистивного элемента из волокон 3 в места крепления, выполненные на каркасе 11. Нагревательный элемент может быть выполнен в виде цилиндра, Фиг.10. Для этого токоподводы 2 изготовленного резистивного элемента формуют в виде колец, образуя нагревательный элемент цилиндрической формы разного диаметра, и, при необходимости, вставляют их друг в друга, а затем крепят в рамочном каркасе 11 аналогичным способом.

Электронапряжение подводится к соединенным вместе верхним токоподводам и к соединенным вместе нижним токоподводам. Такой нагреватель может быть успешно применен для нагрева жидкости в емкости цилиндрической формы. Главным достоинством данных электронагревателей является высокая мощность, а также однородность нагрева всего объема жидкости. Изменяя схему соединения токоподводов и схему размещения резистивных элементов, можно обеспечить, при необходимости, и неравномерный объемный нагрев жидкости, например, центральных областей меньше, а поверхностных - больше. Применение металлических резистивных элементов позволяет обеспечить температуру нагрева среды до 1500°С.

По сравнению с прототипом в данной конструкции обеспечен более надежный контакт между резистивными элементами и токоподводами, с использованием точечной и дополнительно роликовой сварки, а существенно меньшая величина тока через резистивный элемент за счет большого количества электрических контактов между резистивными волокнами и токоподводами позволяет существенно увеличить надежность электронагревателя.

В предлагаемых конструкциях электронагревателя возможно последовательное или последовательно-параллельно соединение резистивных элементов для увеличения или уменьшения мощности электронагревателя. Следует также отметить, что последовательное и параллельное соединение резистивных элементов проводят после изготовления электронагревателя, путем различного подсоединения выходного электрического провода к вилке электрического питания или с помощью переключателя.

Изготовление предлагаемого электронагревателя не требует сложного дорогостоящего оборудования. В зависимости от выбранных материалов, электронагреватель может обладать высокой химической стойкостью в агрессивных средах. Равномерность температуры по объему воздуха, жидкости или сыпучих сред обеспечивается тем, что угольные резистивные элементы равномерно расположены по всему объему электронагревателя. Поэтому обеспечивается быстрый равномерный нагрев указанных сред, без их локального перегрева.

В отличие от известных нагревателей воздуха - конвекторов, тепловентиляторов, газовых нагревателей, предлагаемые электронагреватели, за счет высокой площади нагреваемой поверхности, позволяют обеспечить высокую мощность нагрева при невысокой температуре нагреваемой поверхности, исключающей сжигание кислорода, деструкцию пылевых образований и возникновение посторонних запахов.

Известен электронагреватель, авторское свидетельство СССР №2006187, МКИ Н 05 В 3/28, опубликованный 15.01.1994 г., бюллетень №1, который состоит из двух изоляционных оснований, между которыми расположен токопроводящий слой из полимерного связующего с графитовым наполнителем, пропитывающий эти основания, и токоподводов. Изоляционные основания скреплены между собой по линии расположения токоподводов механическим креплением, в виде скоб, а весь электронагреватель закрыт внешней изоляцией.

Технология изготовления данного электронагревателя требует сложного специального оборудования: гидролизера, пресса с подогревом до 200°С и его последующего охлаждения, специальную швейную машинку. Кроме того, механическое крепление токоподводов скобами или прошивкой не обеспечивает надежного контакта токоподводов с электропроводящим резистивным слоем. Температура эксплуатации такого электронагревателя не превышает 100°С. В данной конструкции электронагревателя можно обеспечить лишь определенные технические характеристики по размерам, мощности и напряжению электропитания.

1. Электрический нагреватель в виде объемной сотовой конструкции с токоподводами, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен из волокнистого резистивного материала в виде ленты, а объемную сотовую конструкцию получают прессованием указанной ленты с токоподводами в электроизоляции, помещенной в пресс-форму, переложенной закладными элементами и пропитанной связующим веществом, при этом каждый токоподвод выполнен в виде двух металлических полос, наложенных друг на друга, соединенных между собой и с волокнистым резистивным материалом, расположенным между ними.

2. Электрический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что металлические полосы токоподвода и резистивный материал соединены между собой точечной и/или роликовой сваркой.

3. Электрический нагреватель по п.1, отличающийся тем, что электроизоляция нагревательного элемента с токоподводами выполнена многослойной.

4. Электрический нагреватель в виде объемной каркасной конструкции, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен из волокнистого резистивного материала, а каждый токоподвод выполнен в виде двух металлических полос, наложенных друг на друга и соединенных между собой и с волокнистым резистивным материалом, расположенным между ними, при этом каждый нагревательный элемент посредством токоподводов закреплен в объемной каркасной конструкции из электроизоляционного материала, а каркасная конструкция выполнена из прямоугольных рамок, установленных в виде вертикальных, центральных сечений цилиндра.

5. Электрический нагреватель по п.4, отличающийся тем, что металлические полосы токоподвода и резистивный материал соединены между собой точечной и/или роликовой сваркой.

6. Электрический нагреватель по п.4, отличающийся тем, что нагревательные элементы с токоподводами установлены в радиальных направлениях оснований цилиндра.

7. Электрический нагреватель по п.4, отличающийся тем, что токоподводы, сформованные в виде колец, образуют нагревательный элемент цилиндрической формы.

8. Электрический нагреватель по п.4, отличающийся тем, что нагревательные элементы цилиндрической формы выполнены разного диаметра и установлены один внутри другого.

9. Электрический нагреватель по п.4, отличающийся тем, что в качестве волокнистых резистивных материалов используют угольные нити, жгуты, ленту, ткань, металлическую проволоку.

10. Электрический нагреватель по п.4, отличающийся тем, что нагревательный элемент с токоподводами дополнительно покрыт одно- или многослойной электроизоляцией.